Методы межкадрового сжатия

Метод JPEG может быть использован как для сжатия отдельных изображений, так и для сжатия видеопоследовательностей. В последнем случае независимому сжатию подвергается каждый отдельный кадр изображения. Такой алгоритм сжатия видеопоследовательности получил название M-JPEG (Motion JPEG). Технически его реализация отличается тем, что файл данных содержит видеопоследовательность кадров, сжатых в соответствии с алгоритмом JPEG.

а б

в г

Рисунок 3.9. Иллюстрация разности между кадрами а и в. На рис. В – показана межкадровая разность без компенсации движения, на рис. Г – с компенсацией движения.

Существует также реализация алгоритма, в основе которого лежит алгоритм JPEG, реализованного для цифровой записи на магнитные носители в камкордерах (формат DV и mini-DV) [7].

Однако следует отметить, что наилучшими результатами отличаются алгоритмы, использующие методы межкадрового сжатия. В основе этих методов лежит факт большой корреляции между соседними кадрами в видеопоследовательности. Как правило, соседние кадры отличаются друг от друга в среднем на 2 - 5 % и если учитывать этот факт, то степень сжатия может быть дополнительно повышена в 20 – 50 раз. На рис. 3.9 показан результат межкадрового вычитания. При этом серый фон соответствует нулевой разности.

Существует два основных метода, использующих межкадровую разность.

1. Поблочное сравнение, при котором изображение разбивается на отдельные блоки аналогично алгоритму JPEG. Сравнение между кадрами производится на уровне блоков в соответствии с выбранным критерием. Первый кадр (базовый) сжимается независимо от остальных аналогично алгоритму JPEG. Последующие кадры сжимаются только в объеме изменившихся блоков. Блоки, считающиеся неизменными заимствуются из предыдущего (базового) кадра.

2. Метод, использующий компенсацию движения. В этом случае выявляются не только изменившиеся блоки, но и анализируется направление перемещения фрагментов изображения. При этом удается определить вектор движения отдельных блоков и достичь дополнительного эффекта сжатия видеопоследовательности за счет исключения информации о самих движущихся блоках, заменив ее на вектора движения этих блоков.

Практическое воплощение эти методы получили в алгоритмах, предложенных группой MPEG (Motion Pictures Experts Group), которая предложила семейство алгоритмов серии MPEG, а также экспертами по видеокодированию (Video Coding Experts Group, VCEG) - рабочей группой международного союза по телекоммуникациям (International Telecommunication Union, ITU-T).